設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例

李 燕

(雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系　四川 雅安　625000)

設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)不同于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，它沒有固定的操作模式．物理設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是指運(yùn)用基本儀器，根據(jù)題目的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，自主地探索問題，創(chuàng)造性地解決問題，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力打下基礎(chǔ)．設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)一般分為：簡(jiǎn)單再應(yīng)用型、半開放型和全開放型．所謂簡(jiǎn)單再應(yīng)用型是根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)水平和能力水平設(shè)計(jì)的，主要有一題多解法和一物多用法等．半開放型即有條件型，可分為規(guī)定實(shí)驗(yàn)器材法(實(shí)驗(yàn)方法自選)和規(guī)定實(shí)驗(yàn)方法(實(shí)驗(yàn)器材自選)．全開放型即是實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器皆為學(xué)生自選．以下是幾種設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的課堂教學(xué)實(shí)例.

1　簡(jiǎn)單再應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)

教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一定要鼓勵(lì)學(xué)生用一些極其簡(jiǎn)易的器材來做物理實(shí)驗(yàn)，除了從就地取材和化廢為寶經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，更考慮到簡(jiǎn)易器材有利于放手讓學(xué)生課外自已動(dòng)手操作，所以大凡有經(jīng)驗(yàn)的物理教育工作者都認(rèn)為，小實(shí)驗(yàn)?zāi)芙沂旧願(yuàn)W的大道理．例如同學(xué)們利用一根筷子提出了如下多個(gè)實(shí)驗(yàn)方案.

(1)兩手握住筷子兩端相對(duì)用力掰，發(fā)現(xiàn)筷子受力變彎曲發(fā)生形變，且用力越大形變?cè)矫黠@．此實(shí)驗(yàn)說明力的效果是：力越大，形變?cè)酱?，作用效果越明顯．

(2)先把筷子放在水平桌面上，再把一本書放在筷子上，然后用一只手壓住書，用另一只手抽動(dòng)書下的筷子．發(fā)現(xiàn)當(dāng)增大手的壓力時(shí)，抽動(dòng)筷子的力也會(huì)隨之增大．此實(shí)驗(yàn)說明在其他條件不變時(shí)，滑動(dòng)摩擦力的大小隨壓力的變化而變化．

(3)在一玻璃瓶中裝滿米，然后把筷子插入中間后把米壓緊，再往杯子里注入少量水后拿起筷子就可以把玻璃杯提起來了．此實(shí)驗(yàn)說明由于筷子和大米之間有靜摩擦力的作用所以玻璃杯不會(huì)掉下來．

(4)用手指頭可平穩(wěn)地支起筷子，通過這樣一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)可找到筷子與手指頭接觸的部位就是筷子的重心的重力線所在．

(5)同時(shí)把一根木質(zhì)筷子和一根金屬筷子的一端插入盛有熱水的容器中，用手感覺到金屬筷子的另一端較快發(fā)燙，而木質(zhì)的另一端并不感覺到燙，此實(shí)驗(yàn)說明金屬是熱的良導(dǎo)體，而木質(zhì)是熱的不良導(dǎo)體．

(6)把筷子的一端緊貼耳朵，用手輕敲筷子另一端，人耳將聽到較大的敲打聲，此實(shí)驗(yàn)說明固體可以較好地傳播聲音．

(7)在陽光下，把筷子直立后可看到在地面上會(huì)出現(xiàn)筷子的影子，此實(shí)驗(yàn)說明光在空氣中沿直線傳播．

(8)把筷子插入一盛有水的容器中，會(huì)看到筷子浸沒在水中部分好象向上偏折，此實(shí)驗(yàn)說明光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)在兩介質(zhì)的界面處會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象．

(9)把電池、小燈泡用導(dǎo)線連接起來，再依次把一金屬筷子和一木質(zhì)筷子接入電路，可看到把金屬筷子接入電路中時(shí)小燈泡亮，而把木質(zhì)筷子接入電路中時(shí)小燈泡不亮，此實(shí)驗(yàn)說明金屬是導(dǎo)體，而木質(zhì)是絕緣體．

2　半開放型實(shí)驗(yàn)

從表1中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一電路來測(cè)量電流表A1的內(nèi)阻r1，要求方法簡(jiǎn)捷，有盡可能的測(cè)量精度，并能測(cè)得多組數(shù)據(jù)．

(1)畫出電路圖．

(2)若選擇測(cè)量數(shù)據(jù)中的一組來計(jì)算r1，則所用的表達(dá)式為r1=______．

(3)式中各符號(hào)的意義是：________________．

表1　實(shí)驗(yàn)器材

教學(xué)過程如下：

組織學(xué)生通過討論提出實(shí)驗(yàn)方案.學(xué)生提出方案：方案一——用伏安法測(cè)電阻，電路圖如圖1所示．

圖1　方案一電路圖

老師提示：已知電流表A1量程為10 mA，內(nèi)阻約40 Ω，電流表滿偏時(shí)電壓約0.4 V，而電壓表量程為10 V，如果按如圖1所示連接，電壓表指針幾乎不動(dòng)，此時(shí)該如何改進(jìn)連接方法？

圖2　方案二電路圖

3　全開放型型實(shí)驗(yàn)

如圖3所示，一光源位于金屬筒內(nèi)軸線上的a點(diǎn)，與筒B端的距離是d，請(qǐng)自行設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)測(cè)出距離d．(實(shí)驗(yàn)儀器自選，實(shí)驗(yàn)方法自定)

圖3　設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量光源與筒B端距離d

教學(xué)過程如下：

組織學(xué)生通過討論提出實(shí)驗(yàn)方案.學(xué)生提出方案如下.

方案一：用一凸透鏡(焦距已知)、一光屏、一直尺，以光源為物，通過透鏡成像，用尺子量出像距，然后利用透鏡成像公式計(jì)算出物距，物距減去筒口到透鏡的距離即是所求d．

方案二：用一凸透鏡(焦距未知)、一光屏、一直尺，利用光路的可逆性，可測(cè)出光源的位置．如圖4所示：把凸透鏡放到圓筒B端一側(cè)，調(diào)節(jié)凸透鏡位置使其主光軸與圓筒的軸線平行，調(diào)節(jié)光屏的位置，使屏上出現(xiàn)清晰的像后將其固定．然后調(diào)節(jié)透鏡位置，當(dāng)屏上第二次出現(xiàn)清晰的像時(shí)測(cè)量出像距，根據(jù)光路的可逆性，第一次成像的物距等于第二次成像的像距，由圖知：d=U-d′=V′-d′．

圖4

然后組織學(xué)生討論和分析各個(gè)實(shí)驗(yàn)方案科學(xué)性、可行性，是后得出方案二更適用，故確定用方案二．

設(shè)計(jì)出方案二的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)估測(cè)凸透鏡的焦距(可用太陽光或手電筒光找焦點(diǎn)法)；

(2)讓圓筒的軸線與凸透鏡的主光軸重合，把光屏移到透鏡二倍焦距以外某點(diǎn)并固定；

(3)移動(dòng)透鏡的位置直到光屏上出現(xiàn)清晰的像，用直尺測(cè)量出圓筒B端到透鏡的距離d′．然后繼續(xù)移動(dòng)透鏡，直到光屏上再次出現(xiàn)清晰的像為止，用直尺測(cè)量出此時(shí)的像距V′；

(4)則d=U-d′=V′-d′，多測(cè)幾次求平均值．

作為一名物理教師，深切地體會(huì)到物理教育不能把傳授知識(shí)作為唯一的目的，而應(yīng)更注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，通過設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和能力，所以在教學(xué)中教師首先應(yīng)具備創(chuàng)造性的教學(xué)風(fēng)格，在教學(xué)中變 “我做你看”為“自我探究”．